深圳市聚強晶體有限公司
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行業新聞
說起單(dan)(dan)片(pian)(pian)機，各位(wei)電(dian)(dian)(dian)子工程師接觸得最多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)就是(shi)單(dan)(dan)片(pian)(pian)機了(le)，單(dan)(dan)片(pian)(pian)機（Microcontrollers）是(shi)一(yi)(yi)種集(ji)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路芯片(pian)(pian)，是(shi)采(cai)用超(chao)大規模集(ji)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路技(ji)術把具(ju)有數據處(chu)理能(neng)力的(de)(de)(de)(de)中央處(chu)理器(qi)(qi)CPU、隨(sui)機存儲(chu)器(qi)(qi)RAM、只(zhi)讀存儲(chu)器(qi)(qi)ROM、多(duo)(duo)種I/O口(kou)和中斷系統、定時(shi)器(qi)(qi)/計數器(qi)(qi)等功能(neng)（可能(neng)還包括(kuo)顯(xian)示驅動電(dian)(dian)(dian)路、脈寬調制(zhi)電(dian)(dian)(dian)路、模擬多(duo)(duo)路轉(zhuan)換(huan)器(qi)(qi)、A/D轉(zhuan)換(huan)器(qi)(qi)等電(dian)(dian)(dian)路）集(ji)成(cheng)到(dao)一(yi)(yi)塊硅片(pian)(pian)上構成(cheng)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個小而完善的(de)(de)(de)(de)微型計算機系統，在(zai)工業(ye)控制(zhi)領(ling)域廣泛應用。從上世紀(ji)80年代，由當時(shi)的(de)(de)(de)(de)4位(wei)、8位(wei)單(dan)(dan)片(pian)(pian)機，發展到(dao)現在(zai)的(de)(de)(de)(de)300M的(de)(de)(de)(de)高速單(dan)(dan)片(pian)(pian)機。
一(yi)、單片機晶振簡單介(jie)紹(shao)
單(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)晶振(zhen)是(shi)單(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)內部電路(lu)產生單(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)所需的(de)時(shi)鐘頻(pin)率(lv)的(de)部件，單(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)晶振(zhen)提供(gong)的(de)時(shi)鐘頻(pin)率(lv)越(yue)高，那么單(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)運行速(su)度就越(yue)快，單(dan)(dan)片(pian)接的(de)一切指令的(de)執行都(dou)是(shi)建立在單(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)晶振(zhen)提供(gong)的(de)時(shi)鐘頻(pin)率(lv)。
二、單(dan)片機晶振的原理
單(dan)片機(ji)(ji)晶振(zhen)一(yi)般采(cai)用(yong)三端式（考畢(bi)茲(zi)） 交流(liu)等效(xiao)振(zhen)蕩電路(lu)；實際的晶振(zhen)交流(liu)等效(xiao)電路(lu)中，其中Cv是(shi)用(yong)來調節振(zhen)蕩頻率(lv)，一(yi)般用(yong)變容二極管加上不同(tong)的反偏電壓來實現(xian)，這也是(shi)壓控作用(yong)的機(ji)(ji)理(li)；把晶體(ti)的等效(xiao)電路(lu)代替(ti)晶體(ti)后。其中Co,C1,L1,RR是(shi)晶體(ti)的等效(xiao)電路(lu)。單(dan)片機(ji)(ji)工作時(shi)，是(shi)一(yi)條一(yi)條地(di)從RoM中取指令，然后一(yi)步一(yi)步地(di)執行。單(dan)片機(ji)(ji)訪(fang)問一(yi)次存儲器(qi)的時(shi)間，稱之為一(yi)個機(ji)(ji)器(qi)周(zhou)期，這是(shi)一(yi)個時(shi)間基準。
分析整(zheng)個振(zhen)蕩(dang)(dang)槽(cao)路(lu)可(ke)知，利用(yong)Cv來改變(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)是有限的，決定振(zhen)蕩(dang)(dang)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的整(zheng)個槽(cao)路(lu)C=Cbe,Cce,Cv三(san)個串聯(lian)(lian)后和Co并聯(lian)(lian)再和C1串聯(lian)(lian)。可(ke)以(yi)看出：C1越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)，Co越(yue)(yue)大，Cv變(bian)(bian)化時(shi)對(dui)整(zheng)個槽(cao)路(lu)的作(zuo)用(yong)就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)。因(yin)(yin)而能(neng)(neng)“壓(ya)(ya)控”的頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)范圍(wei)也越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)。實際上，由于C1很小(xiao)(xiao)(xiao)（1E-15量級），Co不能(neng)(neng)忽略（1E-12量級，幾PF）。所以(yi)，Cv變(bian)(bian)大時(shi)，降低(di)槽(cao)路(lu)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的作(zuo)用(yong)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)，Cv變(bian)(bian)小(xiao)(xiao)(xiao)時(shi)，升高槽(cao)路(lu)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的作(zuo)用(yong)卻越(yue)(yue)來越(yue)(yue)大。這(zhe)一(yi)方面引起(qi)壓(ya)(ya)控特(te)性(xing)(xing)的非線性(xing)(xing)，壓(ya)(ya)控范圍(wei)越(yue)(yue)大，非線性(xing)(xing)就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)厲害；另(ling)一(yi)方面，分給振(zhen)蕩(dang)(dang)的反饋(kui)電壓(ya)(ya)（Cbe上的電壓(ya)(ya)）卻越(yue)(yue)來越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)，最(zui)后導致(zhi)停振(zhen)。通過晶(jing)振(zhen)的原理圖(tu)你應該大致(zhi)了解了晶(jing)振(zhen)的作(zuo)用(yong)以(yi)及(ji)工作(zuo)過程了吧(ba)。采用(yong)泛音次數越(yue)(yue)高的晶(jing)振(zhen)，其等(deng)效C1就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)；因(yin)(yin)此頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的變(bian)(bian)化范圍(wei)也就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)。
簡單(dan)地說(shuo)，沒有晶(jing)振，就沒有時(shi)鐘(zhong)周(zhou)期，沒有時(shi)鐘(zhong)周(zhou)期，就無(wu)法執行程(cheng)序(xu)代(dai)碼(ma)，單(dan)片機(ji)就無(wu)法工作。
三、單片(pian)機(ji)晶振(zhen)的作(zuo)用
單(dan)片機晶振的(de)作(zuo)用是為系統(tong)提供基(ji)本的(de)時(shi)鐘信號。通(tong)常一個系統(tong)共用一個晶振，便(bian)于(yu)各部分保(bao)持同步。有些通(tong)訊系統(tong)的(de)基(ji)頻和射頻使(shi)用不同的(de)晶振，而通(tong)過電子調整頻率的(de)方法保(bao)持同步。
晶振通常與(yu)鎖相(xiang)環電路(lu)配合使(shi)用(yong)(yong)，以提供系統(tong)所需的時鐘頻率(lv)。如(ru)果不同(tong)子系統(tong)需要不同(tong)頻率(lv)的時鐘信號，可以用(yong)(yong)與(yu)同(tong)一個晶振相(xiang)連的不同(tong)鎖相(xiang)環來(lai)提供。
在(zai)通常工作條件(jian)下，普通的晶振(zhen)頻(pin)(pin)率絕對精(jing)(jing)度(du)可(ke)達(da)百萬分之五十。高級(ji)的精(jing)(jing)度(du)更高。有(you)些(xie)晶振(zhen)還可(ke)以由外加電壓(ya)在(zai)一(yi)定(ding)范圍內(nei)調整(zheng)頻(pin)(pin)率，稱(cheng)為壓(ya)控振(zhen)蕩器（VCO）。晶振(zhen)用一(yi)種能把電能和機械能相互轉化的晶體在(zai)共振(zhen)的狀態下工作，以提供(gong)穩(wen)定(ding)，精(jing)(jing)確的單頻(pin)(pin)振(zhen)蕩。
四、怎樣(yang)辨(bian)別(bie)單(dan)片機的內部(bu)晶振與外部(bu)晶振
單片機的外部(bu)晶(jing)(jing)振(zhen)穩定，受(shou)溫度(du)，濕度(du)等環境(jing)因(yin)素影響比(bi)內(nei)部(bu)振(zhen)蕩器小，精度(du)比(bi)較(jiao)高。而且當設計需要(yao)(yao)降低(di)功耗時，比(bi)如說(shuo)便攜(xie)式儀表等，就需要(yao)(yao)外設晶(jing)(jing)振(zhen)，因(yin)為(wei)內(nei)部(bu)振(zhen)蕩器不能(neng)根據需要(yao)(yao)停止(zhi)，而外部(bu)晶(jing)(jing)振(zhen)可以適(shi)時停止(zhi)，從而進(jin)入(ru)休眠狀態，降低(di)功耗。
而單片(pian)機的(de)(de)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)晶(jing)振(zhen)(zhen)(zhen)一般(ban)不夠準確，誤差比較(jiao)大。但是單片(pian)機的(de)(de)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)晶(jing)振(zhen)(zhen)(zhen)和(he)外部(bu)(bu)(bu)晶(jing)振(zhen)(zhen)(zhen)的(de)(de)作用(yong)都是一樣的(de)(de)，給(gei)系統提供時鐘(zhong)。如(ru)果對(dui)頻(pin)率要(yao)求(qiu)不高(gao)的(de)(de)話(hua)（比如(ru)不涉(she)及串口通信和(he)精確定時等的(de)(de)話(hua)），用(yong)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)晶(jing)振(zhen)(zhen)(zhen)就(jiu)(jiu)足(zu)夠了，并且(qie)這樣成(cheng)本還低。內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)時鐘(zhong)，頻(pin)率受溫度等其它(ta)影響(xiang)，但是能省下晶(jing)振(zhen)(zhen)(zhen)的(de)(de)錢，還有(you)2個I/O.所以，如(ru)果對(dui)頻(pin)率要(yao)求(qiu)不高(gao)，一般(ban)是優先選用(yong)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)。 假如(ru)你(ni)想(xiang)要(yao)省電，用(yong)了SLEEP,那你(ni)就(jiu)(jiu)不能用(yong)內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)了，內(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)會停止！
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